JPH08512144A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 開示は拡散光源（１０）と、入力マイクロレンズマトリクス及び出力マイクロレンズマトリクス（１６，２４）と、カラーフィルタ層（１４）と、２つの中実透明層（２０，２２）の間に挟まれたＬＣＤマトリクス（１８）とを使用するカラー液晶表示装置（ＬＣＤ）を目的とする。カラーフィルタ層はＬＣＤのガラス基板の上ではなく、マイクロレンズ板の一方の板に直接に配置される。従って、より広い範囲にわたる種類の物質、主に染料を使用できる。マイクロレンズ出力によって、ユーザに対し広い視覚が得られる。また、マイクロレンズ入力板により、光源からのより多くの量の光を使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 カラー液晶表示装置 発明の背景 発明の分野 本発明はカラー表示装置に関し、さらに特定すれば、光学的に結合された複数 のマイクロレンズマトリクスを使用することにより、液晶素子のマトリクス及び カラーフィルタ素子のマトリクスを照明するのに利用できる光の割合を大きくす るカラー液晶表示装置（ＬＣＤ）に関する。また、本発明は、染料などのカラー フィルタに使用される物質が液晶媒体に対して不活性である必要がないように、 ＬＣＤ媒体とカラーフィルタとを分離する。従来の技術の論議 従来の技術のＬＣＤシステムは、典型的にはＬＣＤのガラス基板の上に直接に カラーフィルタ染料を蒸着させている。そのためには、カラーフィルタに使用す る物質、主に染料が液晶媒体に対して不活性である必要がある。さらに、ユーザ に対して最適の広い視角を実現するために、各々の液晶セル、すなわち、液晶素 子の間隔、すなわち、セル間隙をその特定のセルの色について最適の値に調整し なければならない。 発明の概要 本発明に従えば、液晶媒体に対して不活性である材料から成る透明層の間に挟 まれて配置された液晶媒体層の中に位置する液晶素子のマトリクスを具備するカ ラーＬＣＤが提供される。カラーＬＣＤは均一な光源と、液晶素子のマトリクス に対応するカラーフィルタ素子のマトリクスと、液晶素子のマトリクス及びカラ ーフィルタ素子のマトリクスに対応する第１及び第２のマクロレンズ素子のマト リクスとをさらに具備する。液晶素子のマトリクスの両側にマイクロレンズ素子 のマトリクスが１つずつ配置されている。液晶マトリクスと、カラーフィルタマ トリクスと、第１及び第２のマイクロレンズマトリクスとの対応する素子は互い に光学的に結合すると共に、均一な光源に光学的に結合して、観察可能なカラー 表示を形成する。均一な光源は均一な拡散光源から構成されているのが好ましい 。 マイクロレンズマトリクスの個々のレンズ素子のうち少なくともいくつかは、 それらの素子を通って透過すべき光の色に関して色収差を減少させる形状にする のが好ましい。カラーフィルタ素子は加色染料ドット又は減色染料ドットから構 成できる。 さらに、マイクロレンズマトリクスのうち少なくとも一方のマトリクスのレン ズ素子は、マイクロレンズを使用しない場合に利用できると思われるより多くの 割合で利用可能な光を利用するために、液晶素子より大きい横断面領域を有する のが好ましい。カラーフィルタ素子も、液晶素子より大きい横断面領域を有する のが好ましい。 カラーフィルタ素子は液晶媒体と反応する１つ又は複数の染料から構成できる 。カラーフィルタ層は、光源と第１のマイクロレンズマトリクスとの間、又は第 １のマイクロレンズマトリクスとＬＣＤマトリクスを挟んでいる透明層の一方と の間のように、光源と液晶マトリクスとの間に配置される。あるいは、光が液晶 マトリクスを通過した後に光をカラーフィルタリングするようにカラーフィルタ 層を配置することもできる。 本発明の目的及び利点 本発明の１つの目的は、カラーＬＣＤを形成するに際してより大きな割合で光 を利用できるようにすることである。 本発明の別の目的は、カラーＬＣＤにおいて色収差を最小限に抑えることであ る。 本発明の１つの利点は、本発明のカラーＬＣＤで広い視角にわたって相対的に 高い輝度が維持されることである。 本発明の別の利点は、ＬＣＤ媒体と反応する物質から成るカラーフィルタを利 用できることである。 本発明のさらに別の利点は、本発明に従ってより低コストのカラーＬＣＤを製 造可能なことである。 本発明のさらに別の利点は、カラーＬＣＤを形成するときに単色ＬＣＤガラス を使用できることである。 本発明のその他の目的、特徴及び利点は好ましい実施形態の説明、請求の範囲 及び図面から当業者には明白になるであろう。図面中、同じ図中符号は同じ素子 を指示する。 図面の簡単な説明 図１は、カラーフィルタ素子のマトリクスが入力マイクロレンズマトリクスと ＬＣＤマトリクスとの間に配置されている本発明の好ましい一実施形態を概略的 に示す。 図２は、カラーフィルタ素子のマトリクスがＬＣＤマトリクスと出力マイクロ レンズマトリクスとの間に配置されている本発明の一実施形態を概略的に示す。 図３は、カラーフィルタ素子のマトリクスが拡散光源と入力マイクロレンズ板 との間に配置されている第３の実施形態を概略的に示す。 図４は、対応するマイクロレンズマトリクス素子及びＬＣＤマトリクス素子に 関わる光路を概略的に示す。 好ましい実施形態の説明 図１を見てわかるように、光源１０は拡散器１２と、１９９３年６月２２日出 願、名称「Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ」の米国出願番号第０８ ／０８１，９１５号の中に開示されているような典型的な加法色、減法色又は複 数対の減法色の層から成る加法色を含んでいても良いカラーフィルタ層１４とを 介して均一で、好ましくは拡散光である光を供給する。カラーフィルタドット、 すなわち、カラーフィルタ素子の様々な選択方式は良く知られており、素子は周 知のようにマトリクスとして配列されている。各カラードットは層１６にあるマ イクロレンズの第１のマトリクス、すなわち、入力マトリクスの中の対応する１ つのマイクロレンズと光学的に結合している。 カラードットとマイクロレンズのマトリクスには、２つの中実透明層２０及び ２２の間に挟まれた液晶素子、すなわち、液晶セルのマトリクスから構成される 層１８が光学的に結合している。第２のマイクロレンズマトリクス、すなわち、 出力マイクロレンズマトリクス２４は、カラーフィルタマトリクス１４と、第１ のマイクロレンズマトリクス１６と、ＬＣＤ素子マトリクス１８とに光学的に結 合している。好ましい実施形態では、各々のマイクロレンズは色収差に関して、 そのマイクロレンズが光を発するときに通過するドットの色に従って補正される のが好ましい。すなわち、カラーフィルタとレンズの適正な整列が達成され、ど のような色収差でも補正されるように、フィルタ層１４の個々のカラー素子は層 １６及び２４の対応する個々のマイクロレンズ並びに層１８の個々のＬＣＤ素子 、すなわち、セルと重なり合うように配置されている。たとえば、１つの特定の 緑色フィルタドットに対して、層１６及び層２４にある対応する個々のマイクロ レンズは緑色光の色収差を最小にするように補正される。色収差の補正は赤色や 青色のフィルタ通過済み光についても同様である。必要に応じて、当該技術で知 られているように、フィルタのドットを黒色の帯により取り囲むことができる。 図２は、カラーフィルタ層１４が液晶素子の層１８と第２のマイクロレンズマ トリクス、すなわち、出力マイクロレンズマトリクス２４との間に配置されてい る本発明の別の実施形態を概略的に示す。 図３は、カラーフィルタ層１４が光拡散器１２と、第１のマイクロレンズマト リクス、すなわち、入力マイクロレンズマトリクス１６との間に配置されている 本発明のさらに別の実施形態を概略的に示す。 図示した３つの実施形態の全ては、ほぼ同じ光学素子の組合わせを利用する。 ある特定の用途に対しては１つの特定の実施形態が最も望ましいと思われること もあり、あるいは、１つの実施形態の製造が別の実施形態の場合より容易である か又は低コストになりうることは当業者には理解されるであろう。必要に応じて 、カラーフィルタの配置を補正するために、マイクロレンズの光学的特性を調整 することができる。 図４は、本発明に従った対応するマイクロレンズとＬＣＤマトリクス素子に関 わる光路を概略的に示す。図面を見やすくするために図４には示されていないが 、図１，図２及び図３に示すようにカラーフィルタマトリクス１４を図４の光路 の中のいくつかの場所に位置決めすることが可能である。 これとは対照的に、従来の典型的な構造においては、カラーフィルタ層をＬＣ Ｄの共通電極面のすぐ上に蒸着する必要がある。そこで、この層をＬＣＤのアク ティブマトリクスと光学的に整列させ、その後の密封作業中も厳密な整列状態に 保持しなければならない。通常は黒色である表示ガラスの場合、これは困難であ るのが普通である。それらの層の整列にずれが生じると、その結果、後の表示の 色純度はそこなわれ、ひいては、相対的に高価であるアクティブマトリクスガラ ス全体が損傷を受けてしまう。 本発明を実施する上で、カラーフィルタ層はＬＣＤ基板の上には蒸着されない ので、カラーフィルタ層を構成するときに、より広い範囲にわたる材料又は物質 と方法を使用できると考えられる。材料や方法を適切に選択すれば、コストを節 約でき、製造工程の数は減り、組立ての正確さは向上し、また、製品の耐久性を 高めることが可能である。さらに、ＬＣＤ媒体と反応してしまうために利用不可 能であろうが、非常に退色しにくい特定の染料を使用できる。従って、カラー層 を作り上げるために、はるかに広い範囲に含まれる染料を使用することができる 。そのような染料は、表示装置が受けるであろう通常の範囲の周囲環境の中で熱 と光に対してより高い安定性を示すであろう。 本発明のもう１つの利点は、マイクロレンズ板の上に蒸着したカラーフィルタ ドットのマトリクスを使用すると、複雑な間隙調整が不要になるということであ る。従来のＬＣＤでは、表示装置のコントラスト特性と視角特性を最適にするた めに、セル間隙間隔を色ごとに調整する。このセル間隙調整は典型的には様々な 厚さをもつ追加の透明な層をカラーフィルタ層の上方又は下方に蒸着させること によって行われる。好ましい実施形態においてはセル間隙の調整は必要であるが 、カラーフィルタ製造からセル間隙調整を切離した結果、歩留まりは向上する。 さらに、本発明に従えば、光はほぼ垂直な整列を伴ってＬＣＤを通って進行す るので、出力マイクロレンズ板２４に対して利用可能である様々なデザインを通 して広い視角が与えられる。 加えて、本発明を実施するに際して、単にガラスと共に使用するレンズやフィ ルタ層を変更するだけで、カラーパネルより低コストである単色ＬＣＤガラスを 利用でき、それにより、列挙しなければならない構成要素の数と種類を減らすこ とができる。このように、本発明を実施することにより、単一のＬＣＤガラスを 、 それがかみ合うレンズフィルタ板に応じて、単色用、対角線ストライプカラー、 縦ストライプカラー又は四角形カラードット配列に合わせて使用できる。 加法カラーフィルタ又は減法カラーフィルタの材料のいずれかを利用できるの で、それぞれの利点を特定の用途に適用することが可能である。従って、たとえ ば、印刷機又はシルクスクリーン方式を使用してカラードットのマトリクスを板 上にマイクロレンズマトリクスと重ね合わせて蒸着させるカラー印刷法によって 、カラーフィルタドットを形成できる。あるいは、事前に染色されているか又は 後に染色されるパターン規定ポリマー層を使用するフォトリトグラフィ方式を利 用してカラーパターンを形成することも可能である。また、カラースライドを製 造する際に利用するようなカラー写真技術を使用して、パターンを作成すること もできる。 ここでは、特許法に従うと共に、新規な原理を適用し且つそのような特殊化さ れた構成要素を必要に応じて構成し、使用するために必要とされる情報を当業者 に提供するために、本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、特定の点で 異なる機器及び装置により本発明を実施できること、及び機器の詳細と動作手続 きの双方に関して、本発明自体の範囲から逸脱せずに様々な変形を実現できるこ とを理解すべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月１３日 【補正内容】 補正請求の範囲 １．均一な光源と、液晶媒体に対し不活性である材料の上下の透明層の間に挟 まれて配置されている液晶媒体層の中に位置する液晶素子のマトリクスとを含む カラー液晶表示装置において、 前記液晶素子のマトリクスに対応するカラーフィルタ素子のマトリクスと； 前記液晶素子のマトリクスと、前記カラーフィルタ素子のマトリクスとに対応 し、各々が前記液晶素子のマトリクスの両面を挟んで配置されており、個々のレ ンズ素子の少なくともいくつかは、それらの素子を通って透過すべき光の色に対 して色収差を減少させるように形状を形成されている第１及び第２のマイクロレ ンズ素子のマトリクスとをさらに具備し、前記液晶マトリクスと、前記カラーフ ィルタマトリクスと、前記第１及び第２のマイクロレンズマトリクスの対応する 素子は互いに光学的に結合すると共に、前記均一な光源に光学的に結合して、観 察可能なカラー表示を形成するカラー液晶表示装置。 ２．前記均一な光源は均一な拡散光源から構成される請求項１記載の発明。 ３．前記カラーフィルタ素子のうち少なくとも１つは加色染料ドットから構成 される請求項１記載の発明。 ４．前記カラーフィルタ素子のうち少なくとも１つは減色染料ドットから構成 される請求項１記載の発明。 ５．前記マイクロレンズマトリクスの少なくとも一方のマトリクスの前記レン ズ素子はマイクロレンズなしの場合に利用できると思われるより多くの割合で利 用可能光を利用するために、前記液晶素子より大きい横断面領域を有する請求項 １記載の発明。 ６．前記カラーフィルタ素子は前記液晶素子より大きい横断面領域を有する請 求項１記載の発明。 ７．カラーフィルタ素子のうち少なくとも１つは、液晶媒体と反応する染料か ら構成される請求項１記載の発明。 ８．前記カラーフィルタ層は前記第１のマイクロレンズ素子のマトリクスと、 前記液晶素子のマトリクスとの間に配置されている請求項１記載の発明。 ９．前記カラーフィルタ層は光源と前記第１のマイクロレンズマトリクスとの 間に配置されている請求項１記載の発明。 １０．前記カラーフィルタ層は、光源からの光が前記液晶マトリクスを通過し た後にその光をカラーフィルタリングするように配置されている請求項１記載の 発明。 １１．前記カラーフィルタ層は、光源からの光が前記液晶マトリクスを通過す る前にその光をカラーフィルタリングするように配置されている請求項１記載の 発明。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 独占所有権又は独占権を請求する本発明の実施形態を次のように定義する： １．液晶媒体に対し不活性である材料の上下の透明層の間に挟まれて配置され ている液晶媒体層の中に位置する液晶素子のマトリクスと； 均一な光源と； 前記液晶素子のマトリクスに対応するカラーフィルタ素子のマトリクスと； 前記液晶素子のマトリクスと、前記カラーフィルタ素子のマトリクスとに対応 し、各々が前記液晶素子のマトリクスの両面を挟んで配置されている第１及び第 ２のマイクロレンズ素子のマトリクスとを具備し；前記液晶マトリクスと、前記 カラーフィルタマトリクスと、前記第１及び第２のマイクロレンズマトリクスの 対応する素子は互いに光学的に結合すると共に、前記均一な光源に光学的に結合 して、観察可能なカラー表示を形成するカラー液晶表示装置。 ２．前記均一な光源は均一な拡散光源から構成される請求項１記載の発明。 ３．前記マイクロレンズマトリクスの個々のレンズ素子のうち少なくともいく つかは、それらの素子を通って透過すべき光の色に関して色収差を減少させるよ うに形状を規定されている請求項１記載の発明。 ４．前記カラーフィルタ素子のうち少なくとも１つは、加色染料ドットから構 成される請求項１記載の発明。 ５．前記カラーフィルタ素子のうち少なくとも１つは減色染料ドットから構成 される請求項１記載の発明。 ６．前記マイクロレンズマトリクスの少なくとも一方のマトリクスの前記レン ズ素子はマイクロレンズなしの場合に利用できると思われるより多くの割合の利 用可能光を利用するために、前記液晶素子より大きい横断面面積を有する請求項 １記載の発明。 ７．前記カラーフィルタ素子は前記液晶素子より大きい横断面面積を有する請 求項１記載の発明。 ８．カラーフィルタ素子の少なくとも１つは、液晶媒体と反応する染料から構 成される請求項１記載の発明。 ９．前記カラーフィルタ層は前記第１のマイクロレンズ素子のマトリクスと、 前記液晶素子のマトリクスとの間に配置されている請求項１記載の発明。 １０．前記カラーフィルタ層は光源と前記第１のマイクロレンズマトリクスと の間に配置されている請求項１記載の発明。 １１．前記カラーフィルタ層は、光源からの光が前記液晶マトリクスを通過し た後にその光をカラーフィルタリングするように配置されている請求項１記載の 発明。 １２．前記カラーフィルタ層は、光源からの光が前記液晶マトリクスを通過す る前にその光をカラーフィルタリングするように配置されている請求項１記載の 発明。